高坝洲电厂220 kV开关站母线保护装置改造

许重庆，刘 政

(湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443300)

高坝洲电厂开关站主接线方式为单母线的扩大桥型接线，如图1。具体接线方式为：发电机与主变压器采用一机一变的单元接线方式，1、2、3号主变压器高压侧装设断路器，1、3号发电机出口装设隔离刀闸，2号发电机组出口装设隔离刀闸及断路器。

220 kV高压配电装置为敞开式户外配电装置，共有3条母线，均为单母线；3条母线通过高24开关、高25开关相连。其中高柑一回线及高柑二回线均配置了高频线路保护和光纤差动保护，Ⅱ母配置的母线保护装置为本文的所讲内容。

1 母线保护装置改造的必要性

高坝洲电厂220 kV开关站Ⅱ母BP-2B母差保护装置自2003年投产运行至今已有10多年，保护装置元器件老化严重，电缆绝缘不好，且保护装置内部线已出现多处改动，保护所用CT二次侧接地不规范[1]，不符合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的规定，无法保证Ⅱ母长周期安全可靠运行。

2015年，利用开关站Ⅱ母母线停电检修期间对Ⅱ母BP-2B微机母线保护装置进行更换，将BP-2B型母线差动保护装置更换为长园深圳南瑞BP-2CA-G型，新装置保护对象仍为高坝洲电厂220 kV开关站Ⅱ母。BP-2CA-G母线差动保护装置在功能上可以实现母线差动保护、断路器失灵保护、母联失灵保护、母联死区保护、CT断线判别功能及PT断线判别功能。在母线区内发生各种故障时正确动作，在各种类型区外故障时不误动[2]。

2 BP-2CA-G母线保护的原理与功能

2.1 差动保护启动元件

1)和电流突变量判据。当任一相的和电流突变量大于突变量门槛时，该相启动元件动作。其表达式为

Δir>ΔIdset

(1)

式中：Δir为和电流瞬时值比前一周波的突变量；ΔIdset为突变量门槛值，为0.5In。

2)差电流越限判据。当任一相的差电流大于差动保护启动电流定值时，该相启动元件动作。其表达式为

Id>Idset

(2)

式中：Id为分相大差动电流；Idset为差动保护启动电流定值。

3)启动元件返回判据。启动元件一旦动作后自动展宽20 ms，再根据启动元件返回判据决定该元件何时返回。当任一相差电流小于差动保护启动电流定值的95%，且各支路的该相相电流均小于1.2倍的额定电流时，该相启动元件返回。其表达式为

(3)

式中：Id为分相大差动电流；Idset为差动保护启动电流定值；Ij为各支路相电流；In为额定电流。

2.2 复式比率差动判据

复式比率差动判据的动作方程如下

(4)

式中：Idset为差动保护启动电流定值；Kr为复式比率系数(制动系数)定值。

复式比率差动判据相对于传统的比率制动判据，由于在制动量的计算中引入了差电流，使其在母线区外故障时有极强的制动特性，在母线区内故障时无制动，因此能更明确地区分区外故障和区内故障(见图2)。

图2 复式比率差动元件动作特性

2.3 电压闭锁元件

在装置的硬件回路中，差动保护和断路器失灵保护的出口接点均经复合电压闭锁。电压闭锁元件的动作表达式为

(5)

式中：Ua、Ub、Uc为母线相电压；3U0为母线三倍零序电压；U2为母线负序电压(相电压)；Uset、U0set、U2set分别为各序电压闭锁定值。其中，差动电压闭锁定值由装置内部固化：Uset=0.7Un，Un为相电压额定值；U0set固定为6 V；U2set固定为4 V。

三个判据中的任何一个被满足，该段母线的电压闭锁元件就会动作，称为复合电压元件动作。如母线电压正常，则闭锁元件返回。本元件瞬时动作，动作后自动展宽20 ms再返回。

由于灵敏度不同，差动元件和失灵元件的电压判据独立。

2.4 故障母线选择逻辑

对于固定连接式不分段母线，如我厂这种单母线主接线，由于各个支路固定连接在一段母线上，不在母线段之间切换，因此大差电流既是区内故障判别元件，也是故障母线选择元件。

2.5 断路器失灵保护

1)失灵复合电压元件。断路器失灵保护动作出口，经相应母线的失灵复合电压元件闭锁(见图3)。

2)电流检测元件。线路支路采用相电流、零序电流(或负序电流)“与门”逻辑；变压器支路采用相电流、零序电流、负序电流“或门”逻辑。所有支路共用“失灵零序电流定值”、“失灵负序电流定值”。在线路支路出现三相跳闸后三相失灵时，采用和电流突变启动逻辑。和电流突变门槛为0.1In+浮动门槛，浮动门槛随系统和电流变化逐步自动调整。

图3 断路器失灵保护

线路失灵相电流判据采用装置内部有流门槛值(0.04In)，各变压器支路共用“失灵相电流定值”。

本次改造将线路支路(高柑一回线和高柑二回线)设置了单相和三相跳闸启动失灵开入回路，变压器支路由3号机发变三跳启动失灵开入回路。保护装置检测到“断路器失灵开入”长期误开入，发“运行异常”告警信号，同时闭锁该失灵开入，不影响本支路其他失灵开入及其他支路失灵开入。

3 设备运行情况

自2015年母线保护装置改造完工后设备运行良好,不仅满足了湖北省电力调度通信中心的要求(母线差动微机保护的失灵保护必须经过电压闭锁)[3]，而且符合《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的规定，保护所用CT二次侧接地问题[4]。新装置运行稳定，应用情况良好，能满足清江高坝洲水电厂的母线保护要求,保证了Ⅱ母长期安全可靠运行。